Complete Colombian Caribbean loggerhead turtle mitochondrial genome: tRNA structure analysis and revisited marine turtle phylogeny / Genoma mitocondrial completo de la tortuga caguama del Caribe colombiano: análisis de la estructura del tRNA y revisión de la filogenia de las tortugas marinas / Genoma mitocondrial de tartaruga-cabeçuda do Caribe colômbiano completo: análise de estrutura de tRNA e filogenia revisada de tartarugas marinhas

ABSTRACT

Abstract The loggerhead marine turtle, Caretta caretta, is a widely distributed and endangered species that is facing critical population decline, especially in Colombian Caribbean rookeries. Mitochondrial DNA sequence data are of great importance for the description, monitoring, and phylogenetic analyses of migratory turtle populations. In this study, the first full mitochondrial genome of a loggerhead turtle nesting in the Colombian Caribbean was sequenced and analyzed. This mitochondrial genome consists of 16 362 bp with a nucleotide composition of T 25.7 %, C 27 %, A 35 % and G 12 %. Sequence annotation of the assembled molecule revealed an organization and number of coding and functional units as reported for other vertebrate mitogenomes. This Colombian loggerhead turtle (Cc-AO-C) showed a novel D-Loop haplotype consisting of thirteen new variable sites, sharing 99.2 % sequence identity with the previously reported Caribbean loggerhead CC-A1 D-Loop haplotype. All 13 protein-coding genes in the Cc-AO-C mitogenome were compared and aligned with those from four other loggerhead turtles from different locations (Florida, Greece, Peru, and Hawaii). Eleven of these genes presented moderate genetic diversity levels, and genes COII and ND5 showed the highest diversity, with average numbers of pair-wise differences of 16.6 and 25, respectively. In addition, the first approach related to t-RNAs 2D and 3D structure analysis in this mitogenome was conducted, leading to observed unique features in two tRNAs (tRNATrp and tRNALeu). The marine turtle phylogeny was revisited with the newly generated data. The entire mitogenome provided phylogenetically informative data, as well as individual genes ND5, ND4, and 16S. In conclusion, this study highlights the importance of complete mitogenome data in revealing gene flow processes in natural loggerhead turtle populations, as well as in understanding the evolutionary history of marine turtles.

RESUMEN

Resumen La tortuga marina caguama, Caretta caretta, es una especie ampliamente distribuida pero que enfrenta una crítica reducción de su población en las colonias del Caribe colombiano. Los datos de las secuencias de DNA mitocondrial son de gran importancia para la descripción, monitoreo y análisis de la filogenia de las tortugas migratorias. En este estudio se secuenció y analizó por primera vez el genoma mitocondrial completo de la tortuga caguama que anida en el Caribe colombiano. Este genoma tiene un tamaño de 16.362 pb con una composición de nucleótidos de T 25.7 %, C 27 %, A 35 % y G 12 %. La anotación de la secuencia de la molécula reveló una organización y número de unidades codificantes y funcionales como los reportados para mitogenomas de otros vertebrados. Esta tortuga caguama colombiana (Cc-AO-C) mostró un nuevo haplotipo D-Loop que contiene trece nuevos sitios variables, que comparten el 99.2 % de identidad de secuencia con el haplotipo CC-A1 D-Loop previamente reportado para la tortuga caguama del Caribe. Los trece genes que codifican proteínas en el mitogenoma Cc-AO-C se compararon y alinearon con los de otras cuatro tortugas caguama de distintas localidades (Florida, Grecia, Perú y Hawái). Once de estos genes presentaron niveles moderados de diversidad genética, y los genes COII y ND5 mostraron las diversidades nucleotídicas más altas, con un número promedio de diferencias entre pares de secuencias de 6.6 y 25, respectivamente. Adicionalmente, se llevó a cabo la primera aproximación relacionada con el análisis de la estructura 2D y 3D de t-RNAs en este mitogenoma, lo cual condujo a la observación de características únicas en dos tRNAs (tRNATrp y tRNALeu). La filogenia de las tortugas marinas fue revisada a la luz de la nueva información mitogenómica. El mitogenoma, así como los genes individuales ND5, ND4 y 16S, proporcionan datos filogenéticamente informativos. En conclusión, este estudio resalta la importancia de los datos del mitogenoma para revelar procesos de flujo génico en las poblaciones naturales de tortuga caguama, así como para entender la historia evolutiva de las tortugas marinas.

RESUMO

Resumo A tartaruga marinha Caretta caretta (Cc) é uma espécie amplamente distribuída e ameaçada de extinção que enfrenta um declínio crítico da população, especialmente nas colônias do Caribe colombiano. Marcadores moleculares, como sequências de DNA mitocondrial (mtDNA), são de grande importância para a descrição, monitoramento e análise filogenética de populações migratórias de tartarugas. Este estudo mostra a obtenção e análise do genoma mitocondrial de uma tartaruga-cabeçal Cc aninhada na costa Caribe da Colômbia. O genoma mitocondrial é constituído por 16.362 pb, com uma região não codificante (D-Loop), 13 genes codificadores de proteínas (13 PCG), 22 genes tRNA e 2 rRNA (16S e 12S) e uma frequência nucleotídica de T 25.7 % , C 27 %, A 35 % e G 12,2 %, todos organizados de forma semelhante à maioria dos mitogenomos de vertebrados. Esta tartaruga Cc colombiana apresentou um novo haplótipo D-Loop com treze sítios polimórficos quando comparado ao haplótipo CC-A1.1 (96 %). Além disso, onze genes codificadores de proteínas entre as tartarugas marinhas de diferentes origens apresentaram uma diversidade genética semelhante, exceto os genes COII e ND5 que apresentaram o maior número médio de diferenças entre pares de seqüências (16.600 e 25.000, respectivamente). Aqui relatase a primeira abordagem relacionada à análise de estruturas 2D e 3D para Cc e descrevese as diferenças em dois tRNAs (tRNATrp, tRNALeu). As inferências bayesianas e os métodos de máxima verossimilhança explicam melhor a filogenia das tartarugas marinhas quando utilizamse mitogenomes completos, assim como os genes ND5, ND4 e 16S. Os genes marcadores ATP8, ND4L e ND1 apresentaram relação filogenética pouco suportada. Como conclusão, este estudo apresenta o uso de mitogenomes completos como uma alternativa para melhorar a análise filogenética em tartarugas marinhas e é a primeira análise genética de mitogenomes completos de nidificação na Colômbia.